壓鑄鋁合金汽車空調(diào)壓縮機(jī)缸體缺陷及力學(xué)性能的研究.pdf

1、壓鑄Al-Si-Cu合金因密度小、鑄造性能好和比強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于汽車制造領(lǐng)域。但是，壓鑄Al-Si-Cu汽車壓縮機(jī)缸體中易存在缺陷（主要包括孔洞和夾雜物），會(huì)嚴(yán)重劣化其力學(xué)性能。
　　因此，本文采用光學(xué)顯微鏡、3D激光掃描顯微鏡、掃描電子顯微鏡、能譜對(duì)壓鑄Al-Si-Cu汽車空調(diào)壓縮機(jī)缸體中孔洞以及夾雜物的性質(zhì)、尺寸、數(shù)量及分布進(jìn)行研究，揭示孔洞與拉伸性能和沖擊性能之間的關(guān)系及相應(yīng)的機(jī)理。在此基礎(chǔ)上，研發(fā)組合時(shí)效工藝，從

2、而進(jìn)一步提高鑄件力學(xué)性能。
　　孔洞主要有圓形、多邊形和帶有尖角形三種形狀。DOE結(jié)果表明，直徑較大的孔洞分布在鑄件壁較厚的區(qū)域。在鑄件中夾雜物主要有兩類，包括氧化物(γ-Al2O3、α-Al2O3、SiO2)和碳化鋁。夾雜物的顯微硬度在539～1425.7HV之間，大約是鋁基體的5～14倍。造成孔洞和夾雜物的主要原因是在壓鑄期間，用于潤(rùn)滑活塞和壓射缸滴入的沖頭油，帶入了氫和碳。因此，采用固體石墨潤(rùn)滑活塞和壓射缸的新工藝，減少氫氣

3、和碳化鋁的形成。
　　拉伸實(shí)驗(yàn)測(cè)得改善壓鑄工藝前，壓鑄Al-Si-Cu合金抗拉強(qiáng)度、延伸率分別為230.1MPa和0.71％，改善壓鑄工藝后抗拉強(qiáng)度、延伸率分別為303.98MPa和2.13％。斷面上的孔洞大小、分布都不均勻，隨著斷面孔隙率的升高，抗拉強(qiáng)度、延伸率逐漸降低，并且斷面孔隙率與抗拉強(qiáng)度、延伸率存在著定量的關(guān)系。屈服強(qiáng)度卻沒有隨著孔隙率的升高而表現(xiàn)出特定的規(guī)律。SEM觀察表明裂紋起源于尺寸較大、形狀不規(guī)則的孔洞，并且裂紋

4、會(huì)向周圍小的孔洞擴(kuò)展。在斷面上發(fā)現(xiàn)了大量的準(zhǔn)解理斷裂花樣，斷裂為準(zhǔn)解理斷裂。
　　沖擊實(shí)驗(yàn)測(cè)得改善壓鑄工藝前，壓鑄Al-Si-Cu合金的沖擊吸收功為1.4J，斷面孔隙率為9.59％。改善壓鑄工藝后，沖擊吸收功為11.31J，斷面孔隙率為2.56％。隨著斷面孔隙率的升高，沖擊吸收功顯著降低，并且存在定量關(guān)系。而體積孔隙率對(duì)沖擊吸收功沒有特定的影響。在斷裂過程中，孔洞直徑大且深度、形狀不規(guī)則的孔洞會(huì)形成裂紋源，并且會(huì)向周圍孔洞擴(kuò)展，裂

5、紋總體沿著Ⅴ型口方向擴(kuò)展。SEM觀察表明，沖擊斷面上的孔洞大小、分布都不均勻，形狀不規(guī)則，并且出現(xiàn)了大量解理斷裂花，沖擊斷裂為解理斷裂。
　　在組合時(shí)效過程（包括第一階段自然時(shí)效和第二階段人工時(shí)效）中，壓鑄Al-Si-Cu合金顯微組織中枝晶逐漸變細(xì)并且聚集，逐漸顯現(xiàn)出較為圓整且細(xì)化的Al基體晶粒。硬度隨第一階段自然時(shí)效時(shí)間延長(zhǎng)而增加，最后趨于穩(wěn)定。在之后的第二階段人工時(shí)效中，硬度得到進(jìn)一步提高，隨人工時(shí)效時(shí)間延長(zhǎng)而升高。最佳組合時(shí)